судовая электроэнергетическая установка

Формула изобретения

Судовая электроэнергетическая установка, содержащая главный двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор, кинематически соединенный с главным двигателем со статорной обмоткой и связанными с ней блоком регулирования и системой возбуждения, соединенными между собой и с обмоткой возбуждения с датчиком тока, при этом статорная обмотка валогенератора электрически соединена через полупроводниковый преобразователь частоты, снабженный системой управления, с шинами судовых электропотребителей, вспомогательный двигатель, соединенный через разобщительную муфту с вспомогательным генератором, снабженным системой самовозбуждения, соединенной с обмоткой возбуждения с датчиком тока, и электрически связанным с шинами судовых электропотребителей, двухпозиционный переключатель, который электрически соединен с датчиками частоты и фазы, установленными на валогенераторе и генераторе, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена блоками коммутации и независимыми источниками постоянного тока валогенератора и вспомогательного генератора, система возбуждения валогенератора выполнена в виде последовательно соединенных трехфазного неуправляемого мостового выпрямителя, автономного инвертора напряжения с системой управления, однофазных трансформатора и выпрямителя, а блок регулирования возбуждением - в виде датчика напряжения и регулятора напряжения, при этом независимые источники постоянного тока валогенератора и генератора подключены к первым входам блоков коммутации, выходы системы возбуждения валогенератора и системы самовозбуждения генератора подключены к вторым входам блоков коммутации, а выходы блоков коммутации и регулирования подключены соответственно к обмоткам возбуждения с датчиками тока и системе управления автономного инвертора, кроме того, двухпозиционный переключатель и выходы датчиков тока обмоток возбуждения соединены с первыми и вторыми управляющими входами блоков коммутации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности установки.

Известна судовая электроэнергетическая установка (Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. Л.: Судостроение, 1979, с. 64-65), содержащая главный двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовых электропотребителей через полупроводниковый преобразователь частоты. С шинами также соединен синхронный генератор, приводимый во вращение через разобщительную муфту вспомогательным двигателем. Валогенератор и генератор снабжены системами самовозбуждения, а преобразователь - системой управления.

Недостатком данной установки является низкая надежность установки, т.к. не обеспечивается пуск валогенератора и генератора (компенсатора) в двигательном режиме, кроме того, известные системы самовозбуждения недостаточно надежно работают при изменении частоты вращения валогенератора в диапазоне 0,6-0,7 - 1,0-1,1 номинальной.

Известна судовая электроэнергетическая установка (Гилерович Ю.М. Экономичные судовые электроэнергетические системы /Судостроение за рубежом, 1983, N 10, с. 39-41), содержащая главный двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом и приводящий во вращение валогенератор, подключенный к шинам судовых электропотребителей через полупроводниковый преобразователь частоты. С шинами также соединен синхронный генератор, приводимый во вращение через разобщительную муфту вспомогательным двигателем. Валогенератор снабжен системой возбуждения с блоком регулирования, генератор - системой самовозбуждения с блоком регулирования, а преобразователь - системой управления.

Недостатком данной установки является пониженная надежность, т.к. не обеспечивается пуск валогенератора и генератора (компенсатора) в двигательном режиме. Кроме того, система возбуждения валогенератора в основном режиме получает питание от шин судовых электропотребителей, что влечет за собой дополнительные потери в установке, а также невозможность автономной работы валогенератора при выходе из строя вспомогательных генераторов.

Известна судовая электроэнергетическая установка (патент РФ N 2110440, кл. B 63 H 23/24, 10.05.98), выбранная авторами в качестве прототипа, содержащая главный двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор, кинематически соединенный с главным двигателем, со статорной обмоткой и, связанными с ней блоком регулирования и системой возбуждения, соединенными между собой и с обмоткой возбуждения с датчиком тока, при этом статорная обмотка электрически соединена через полупроводниковый преобразователь частоты, снабженный системой управления, с шинами судовых электропотребителей. В состав установки входят вспомогательный двигатель, соединенный через разобщительную муфту со вспомогательным генератором, снабженным системой самовозбуждения, соединенной с обмоткой возбуждения с датчиком тока, и электрически связан с шинами судовых электропотребителей, а также двухпозиционный переключатель, который электрически соединен с датчиками частоты и фазы, установленными на валогенераторе и генераторе.

Несмотря на более совершенную установку, ей присуща пониженная надежность и экономичность, т. к. применение известных систем возбуждения не обеспечивает надежность пуска валогенератора и генератора (компенсатора) в двигательном режиме, а питание системы возбуждения валогенератора от шин судовых электропотребителей вызывает дополнительные потери, а также невозможность автономной работы валогенератора при выходе из строя вспомогательных генераторов.

Целью изобретения является повышение надежности за счет надежного пуска валогенератора и генератора (компенсатора) в двигательном режиме и повышение надежности и экономичности систем возбуждения валогенератора при глубоком снижении частоты вращения главного двигателя.

Указанная цель достигается тем, что известная судовая электроэнергетическая установка, содержащая главный двигатель, соединенный валопроводом с гребным винтом, валогенератор, кинематически соединенный с главным двигателем со статорной обмоткой и связанными с ней блоком регулирования и системой возбуждения, соединенными между собой и с обмоткой возбуждения с датчиком тока, при этом статорная обмотка валогенератора электрически соединена через полупроводниковый преобразователь частоты, снабженный системой управления, с шинами судовых электропотребителей, вспомогательный двигатель, соединенный через разобщительную муфту со вспомогательным генератором, снабженным системой самовозбуждения, соединенной с обмоткой возбуждения с датчиком тока, и электрически связан с шинами судовых электропотребителей, двухпозиционный переключатель, который электрически соединен с датчиками частоты и фазы, установленными на валогенераторе и генераторе, дополнительно снабжена блоками коммутации и независимыми источниками постоянного тока валогенератора и вспомогательного генератора, система возбуждения валогенератора выполнена в виде последовательно соединенных трехфазного неуправляемого мостового выпрямителя, автономного инвертора напряжения с системой управления, однофазных трансформатора и выпрямителя, а блок регулирования возбуждением - датчика напряжения и регулятора напряжения, при этом независимые источники постоянного тока валогенератора подключены к первым входам блоков коммутации, выходы системы возбуждения валогенератора и системы самовозбуждения генератора подключены ко вторым входам блоков коммутации, а выходы блоков коммутации и регулирования - соответственно к обмоткам возбуждения с датчиками тока и системе управления автономного инвертора, кроме того, двухпозиционный переключатель и выходы датчиков тока обмоток возбуждения соединены с первыми и вторыми управляющими входами блоков коммутации.

Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка дополнительно включает в себя блоки коммутации и независимые источники постоянного тока систем возбуждения валогенератора и вспомогательного генератора (компенсатора), система возбуждения валогенератора выполнена в виде последовательно соединенных трехфазного неуправляемого мостового выпрямителя, автономного инвертора напряжения с системой управления, однофазных трансформатора и выпрямителя, а блок регулирования возбуждения выполнен в виде датчика напряжения и регулятора напряжения.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение содержит новые существенные признаки, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

В известных технических решениях нами не обнаружено совокупности признаков, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих получить положительный эффект, который находит свое отражение в поставленной нами цели. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется при наличии совокупности признаков (как новых, так и известных). Заявляемая нами совокупность признаков позволяет обеспечить поставленную цель, а именно повысить надежность и экономичность установки.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки.

Судовая электроэнергетическая установка содержит главный двигатель 1, который соединен через валопровод 2 с гребным винтом 3. С главным двигателем 1 также кинематически связан валогенератор 4 со статорной обмоткой 5. Валогенератор 4 снабжен системой возбуждения 6, состоящей из последовательно соединенных трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя 7, автономного инвертора 8 с системой управления 9, однофазного трансформатора 10 и выпрямителя 11 и ее блоком регулирования 12, включающего датчик напряжения 13, соединенного с регулятором напряжения 14, при этом входы системы возбуждения 6 и блока регулирования 12 электрически связаны со статорной обмоткой 5, выход же системы возбуждения 6 соединен со вторым входом блока коммутации 15 валогенератора 4, а выход блока регулирования 12 - с системой управления 9 автономного инвертора 8. Источник постоянного тока 16 валогенератора 5 подключен к первому входу блока коммутации 15, а первый и второй управляющие входы блока коммутации 15 соединены с выходом датчика тока 17 обмотки возбуждения 18 валогенератора 4 и двухпозиционным переключателем 19, выход же блока коммутации 15 связан с датчиком тока 17. Статорная обмотка 5 валогенератора 4 электрически соединена через полупроводниковый преобразователь частоты 20, снабженный системой управления 21, с шинами судовых электропотребителей 22.

К шинам судовых электропотребителей 22 также подсоединен вспомогательный генератор 23, механически сочлененный через разобщительную муфту 24 со вспомогательным двигателем 25. Генератор 23 снабжен системой самовозбуждения 26, вход и выход которой подключен соответственно к выходу генератора 23 и ко второму входу блока коммутации 27 вспомогательного генератора 23. Источник постоянного тока 28 генератора 23 подключен к первому входу блока коммутации 27, а первый и второй управляющие входы блока коммутации 27 соединены соответственно с датчиком тока 29 обмотки возбуждения 30 генератора 23 и двухпозиционным переключателем 19. Датчики частоты и фазы 31, 32 соответственно валогенератора 4 и генератора 23 подключены к двухпозиционному переключателю 19, а его выход соединен с системой управления 21 полупроводникового преобразователя частоты 20.

Судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом.

При стоянке главного двигателя 1 разобщительная муфта 24 замкнута и вспомогательный двигатель 25 обеспечивает вращение вспомогательного генератора 23, снабженного системой самовозбуждения 26, которая подключена блоком коммутации 27 к обмотке возбуждения 30 и через шины 22 обеспечивает питание судовых электропотребителей.

В установившемся ходовом режиме работы шины 22 получают питание от валогенератора 4 через полупроводниковый преобразователь частоты 20. Система возбуждения 7 валогенератора 4 соединена блоком коммутации 15 с обмоткой возбуждения 18 и обеспечивает поддержание напряжения в заданном диапазоне на зажимах валогенератора 4 при изменении частоты вращения главного двигателя 1. Схемой управления 21 полупроводникового преобразователя частоты 20 поддерживается требуемая активная мощность, передаваемая валогенератором 4 к судовым электропотребителям. При питании шин 22 от валогенератора 4 разобщительная муфта 24 разобщена, а вспомогательный генератор 23 работает в режиме компенсатора, обеспечивая выработку реактивной мощности, необходимой для работы полупроводникового преобразователя частоты 20 и судовых электропотребителей.

Перед пуском валогенератора 4, при работе в режиме гребного вентильного электродвигателя, к шинам 22 подключаются все (или часть, в зависимости от мощности валогенератора) генераторы 23, приводимые во вращение вспомогательными двигателями 25 (на чертеже показан один).

При пуске валогенератора 4 двухпозиционным переключателем 19 подается сигнал на 1-й управляющий вход блока коммутации 15, который подключает источник постоянного тока 16 к обмотке возбуждения 18 валогенератора 4, тем самым обеспечивая возбуждение валогенератора 4 при неподвижном роторе. Сигналы датчика частоты и фазы 31 подключаются к системе управления 21 полупроводникового преобразователя частоты 20. С помощью системы управления 21 формируется на выходе полупроводникового преобразователя частоты 20 напряжение требуемой амплитуды и частоты и валогенератор 4 (в режиме гребного вентильного электродвигателя) разгоняется до заданной частоты вращения. При достижении величины напряжения валогенератора 4, достаточной для надежной работы системы возбуждения 6, по сигналу датчика тока 17, поступающего на 2-й управляющий вход блока коммутации 15, источник постоянного тока 16 отключается, а система возбуждения 6 подключается к обмотке возбуждения 18.

Система возбуждения 6 валогенератора 4 работает следующим образом в режиме стабилизации напряжения валогенератора.

Напряжение валогенератора 4 выпрямляется трехфазным мостовым неуправляемым выпрямителем 7 и подается на вход однофазного автономного инвертора напряжения 8, собранного на мощных транзисторах или на полностью управляемых тиристорах, с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, преобразующего постоянное напряжение (ток) выпрямителя 7 в переменное однофазное напряжение (ток), регулируемое по величине амплитуды и частоты на выходе автономного инвертора 8, которое через однофазный трансформатор 10 поступает на двухполупериодный неуправляемый выпрямитель 11, выпрямленное напряжение подается через блок коммутации 15 на обмотку возбуждения 18. Так как валогенератор 4 через полупроводниковый преобразователь частоты 20 передает только активную мощность, то блок регулирования включает датчик напряжения 13 и регулятор напряжения 14. Отключение напряжения валогенератора 4 от заданной величины влечет изменение сигнала на выходе датчика напряжения 13, величина которого сравнивается в регуляторе напряжения 14 с заданным значением (U_з), разность подается в систему управления 9 автономного инвертора 8, которая обеспечивает требуемое значение выходного напряжения автономного инвертора 8, а следовательно, и тока на выходе выпрямителя 11, подключенного к обмотке возбуждения 18 валогенератора 4. Тем самым стабилизирует напряжение валогенератора 4 с заданной точностью.

При пуске генератора 23, работающего компенсатором реактивной мощности, двухпозиционным переключателем 19 подается сигнал на 1-й управляющий вход блока коммутации 27, который подключает источник постоянного тока 28 к обмотке возбуждения 30 генератора 23, тем самым обеспечивая возбуждение генератора 23 при неподвижном роторе. Сигналы датчика частоты и фазы 32 подключаются к системе управления 21 полупроводникового преобразователя частоты 20 через двухпозиционный переключатель 19. С помощью системы управления 21 формируется на выходе полупроводникового преобразователя частоты 20 напряжение требуемой амплитуды и частоты и генератор 23 (в режиме вентильного двигателя на холостом ходу) разгоняется до заданной частоты вращения. При достижении величины напряжения генератора 23, достаточной для надежной работы системы самовозбуждения 26, по сигналу датчика тока 29, поступающего на 2-й управляющий вход блока коммутации 27, источник постоянного тока 28 отключается, а система самовозбуждения 26 бесконтактно подключается к обмотке возбуждения 30.

В предложенном изобретении устройства, элементы, введенные в состав судовой электроэнергетической установки, выпускаются как отечественными, так и зарубежными фирмами и, как правило, могут быть использованы по прямому назначению без дополнительных затрат на их освоение.